Ciao!
Oggi ti parlerò di un argomento molto importante che riguarda ancora i modelli tridimensionali, ma che non tratta della loro realizzazione, bensì di ciò che avviene dopo. Sul modello ci puoi lavorare: estrarre sezioni, piani quotati, ortofoto, ecc. Oppure puoi farci una presentazione, come nel caso di un modello di un oggetto, ad esempio. Finché sei tu a lavorarci, non ci sono problemi; lo hai realizzato, quindi hai anche tutti gli strumenti che servono per analizzarlo. I problemi nascono quando il tuo modello deve essere condiviso con altri. Non parlo della quantità di gigabyte che devi inviare al tuo committente (che potrebbe comunque dare dei problemi). Parlo del fatto che, molto spesso, chi ti ha commissionato il lavoro non ha gli strumenti, tipo hardware e software, per indagare il tuo modello, oppure non ha le conoscenze informatiche per farlo. Il tuo modello, quindi, potrà essere gestito solo da te.
Quello che ti voglio proporre oggi è un metodo per presentare i tuoi modelli tridimensionali; che siano derivati dalla fotogrammetria, dal laser scanning o da un tastatore 3D, non importa. Lo scopo è quello di creare una presentazione del tuo modello che sia facilmente fruibile, senza necessità di grandi risorse hardware e senza software specifici. L’utente, inoltre, dovrà poter ricavare alcune informazioni, tipo prendere misure o coordinate di punti. Sembra tutto troppo bello? Si può fare, credimi. Come al solito, non ho inventato nulla di nuovo. Nell’articolo citerò tutte le risorse che dovresti usare. Ho scritto apposta “dovresti” perché, in realtà, ti ho preparato una procedura che ti permetterà di ridurre di molto il tuo lavoro di preparazione. Nella prima parte ti mostrerò tutti i passaggi per ottenere il risultato, ma mi rendo conto che sarà gestibile solo dai più “smanettoni”. Nella seconda parte, invece, ti spiegherò la mia scorciatoia quindi, se non sei uno smanettone, comincia a leggere da lì. Io ti consiglio, comunque, di leggere anche la prima parte perché in realtà non è di difficile comprensione; è un po’ macchinosa, ma una volta che ci hai preso la mano riuscirai ad introdurre anche delle variazioni rispetto a quello che ti mostrerò io. Il risultato che otterrai sarà come quello rappresentato nell’immagine seguente. Puoi cliccarci sopra e ti si aprirà un visualizzatore con vari strumenti. Dacci un’occhiata prima di continuare.

Bene. Cominciamo!

SOFTWARE NECESSARI

Il primo software di cui avrai bisogno, oltre a quello con cui hai generato il modello 3D, è quello che ti permetterà di visualizzarlo. Io ho utilizzato 3DHOP (3D Heritage Online Presenter) realizzato dal Visual Computing Laboratory – ISTI – CNR. Come scritto sulla loro pagina internet, 3DHOP è un pacchetto software open-source per la creazione di presentazioni web interattive di modelli 3D ad alta risoluzione orientati al campo del patrimonio culturale. Vedrai che andrà più che bene anche per il rilievo del territorio o di edifici. 3DHOP crea la pagina web del visualizzatore, ma il modello deve prima essere trattato. Per farlo va usato il software NEXUS dei medesimi autori. Puoi scaricare i due software accedendo alla pagina download del sito 3DHOP oppure cliccando sui due pulsanti seguenti. Infatti li ho caricati anche sul mio web server così sono certo che rimarranno sempre disponibili.

Il secondo software di cui avrai bisogno è un editor di codice html. Io utilizzo BlueGriffon. Dalla pagina download puoi scaricare la versione adatta al tuo hardware.

Bene. Adesso vediamo come interagire con questi software.

PREPARAZIONE DEL MODELLO

Prima di tutto è necessario preparare il modello che vuoi presentare. 3DHOP può trattare modelli a singola risoluzione o in multi-risoluzione. I primi sono tipicamente modelli a bassa qualità e di dimensioni inferiori a 1 MB. I secondi, invece, possono essere anche texturizzati e contenenti decine di milioni di triangoli (1-100 milioni). In entrambi i casi può trattarsi di nuvole di punti, ma anche di mesh. Inutile dire che, quando si parla di CNR e di mesh, c’è di mezzo Meshlab; un’altro software open-source di altissimo livello per la manipolazione delle mesh. Infatti, tale software può essere utilizzato per generare il file .ply da dare in pasto a 3DHOP. In questa sede, però, non ti mostrerò il suo utilizzo. Infatti il modello 3D a cui mi riferirò è tratto da un’elaborazione fotogrammetrica ed i software che fanno questo genere di elaborazioni possono già esportare in formato .ply, sia la nuvola di punti, sia la mesh. Se utilizzi Agisoft Metashape, ad esempio, devi andare nel menù File>Export>Export Model… e scegliere il formato .ply. La cosa a cui devi prestare attenzione però, è il sistema di riferimento con cui stai lavorando. Come spesso accade, anche NEXUS non digerisce bene i numeri con molte cifre, tipo le coordinate cartografiche dei sistemi di riferimento in uso in Italia (ETRF89, ERTF2000). Ti consiglio, quindi, di shiftare il modello in modo tale da ottenere coordinate planimetriche con poche cifre. Puoi farlo al momento dell’esportazione, l’importante è che ti segni di quanto shifti perché poi dovrai comunicarlo al tuo committente. Non esportare le normali in quanto ci penserà NEXUS a calcolarle.

Ricorda, puoi esportare il .ply sia per la nuvola di punti densa, sia per la mesh. Io le ho esportate entrambe ed ho salvato due file: nuvola.ply e mesh.ply.

CONVERSIONE DEL MODELLO

Il modello .ply deve essere convertito in un formato che sia simpatico a 3DHOP. Si tratta di un formato proprietario e la conversione avviene attraverso l’utilizzo di NEXUS. La procedura è davvero molto semplice. La prima cosa che devi fare è scompattare il file Nexus_4.2.zip che hai scaricato prima. Nella cartella scompattata troverai i due file eseguibili che ci interessano: nxsbuild.exe e nxscompress.exe.
A questo punto copia i file nuvola.ply e mesh.ply nella cartella scompattata.

Prendi mesh.ply e trascinalo sopra nxsbuild.exe. Si aprirà una finestra di comando DOS dalla quale potrai vedere il progresso dell’elaborazione.

Alla chiusura della finestra DOS troverai nella cartella il file mesh.nxs.

Ora clicca su mesh.nxs e trascinalo su nxscompress.exe. Anche in questo caso si aprirà una finestra di comando DOS e quando sparirà nella cartella troverai un file mesh.nxz.

Ora ripeti la stessa cosa per nuvola.ply fino ad ottenere nuvola.nxz.
A questo punto il lavoro con NEXUS è terminato.

PAGINA WEB PER LA PRESENTAZIONE

Ora che abbiamo il modello bisogna fare in modo che 3DHOP lo legga e lo presenti attraverso il suo visualizzatore web. Potresti utilizzare i template che trovi nell’archivio 3DHOP_4.2.zip, ma non li ritengo adeguati per i nostri scopi. Infatti tali template .html contemplano delle trackball adatte alla presentazione di oggetti (tipo in un museo). Io, invece ti propongo un template con una trackball sferica tipo quella dei software per la modellazione tridimensionale del territorio o di edifici. Pertanto, ho preparato un file .html con tale trackball che puoi scaricare cliccando sul seguente bottone. E’ un file chiamato presentazione.html.

Quello che devi fare adesso è modificare il file presentazione.html utilizzando BlueGriffon. Se lo hai già installato, apri l’html. Io semplicemente trascino l’html sopra l’icona di BlueGriffon. Poi clicca su Sorgente e va alla linea numero 166.

Vedi la scritta modello.nxz? Sostituiscila con mesh.nxz e poi salva con nome: menù File>Salva con nome…>mesh.html. Ecco fatto! La pagina che ti permetterà di visualizzare il modello è stata creata.
Puoi fare la stessa cosa con il file nuvola.nxz. Basta che fai riapri presentazione.html con BlueGriffon, sostituisci modello.nxz con nuvola.nxz e salvi con nome: menù File>Salva con nome…>nuvola.html.

CARICAMENTO DELLA PRESENTAZIONE SUL WEB SERVER

Per prima cosa devi scompattare il file 3DHOP_4.2.zip che hai scaricato prima. Poi devi caricare la cartella minimal sul tuo web server. Per farlo, io utilizzo FileZilla Client, ma puoi utilizzare anche il File Manager online che ti mette a disposizione il tuo provider. Copiala nella posizione che desideri. Nel mio caso www.giampaoloberetta.it/minimal.
Copia i file mesh.html e nuvola.html nella cartella minimal del server.
Copia i due file mesh.nxz e nuvola.nxz nella cartella minimal>models del server.

Se adesso clicchi su https://www.giampaoloberetta.it/minimal/mesh.html dovrebbe apparirti il visualizzatore con la mesh. Se invece clicchi su https://www.giampaoloberetta.it/minimal/nuvola.html dovrebbe apparirti la nuvola di punti.

A questo punto puoi ruotare il modello, sezionarlo, prendere misure, prendere la coordinata di un punto, cambiare la posizione della fonte luminosa, ecc.. Prova! Ricordati però che, se prendi le coordinate di un punto, devi sommare lo shift che avevi impostato durante l’esportazione del file .ply.
Se vuoi creare le presentazioni di altri modelli basta che generi i file .nxz e .html e li carichi sul tuo web server nelle stesse posizioni in cui vedi caricati i precedenti, quindi nella cartella minimal e minima\models.
Un’altra cosa che devo dirti è che il tuo modello, così come è stato caricato sul server, sarà visibile a tutti. Infatti anche tu ora stai guardando i miei modelli senza essere entrato in un’area riservata. Chiunque acceda alla pagina web del modello, lo potrà visualizzare. Se non vuoi che questo accada e vuoi che il modello sia visibile solo a chi vuoi tu, dovresti proteggere la pagina con un UserID ed una password. Se sai come fare, dimmelo, perché io non ho ancora trovato un sistema davvero efficace. Solo tanti barbatrucchi.
Quanto ti ho mostrato fin’ora serve solo a visualizzare il modello 3D ed a compiere delle operazioni semplici, basilari. Se vuoi davvero dare la possibilità di lavorare sul file, devi anche dare la possibilità di scaricarlo, ma in questo caso significa che chi sta dall’altra parte sa già come gestirlo e forse la presentazione fatta con 3DHOP diventa superflua. Diciamo che potrebbe servire per un primo contatto o per presentare il proprio lavoro una volta finito.
Il procedimento che ti ho mostrato fin qui ha validità generale, nel senso che ti permette di gestire tutte le impostazioni della presentazione, basta sapere dove mettere le mani. Ti invito, quindi, a visitare il sito di 3DHOP; nella sezione resources troverai tutto quello che ti serve per personalizzare la presentazione del modello: diversi tipi di trackball, angoli di visualizzazione, colori, trasparenze, hotspot e zone cliccabili, unione di modelli, sostituzione dello sfondo, cambio del titolo della pagina, ecc.. Sul loro sito, nella sezione gallery, puoi vedere degli esempi. Figo!

SCORCIATOIA

Fin’ora ti ho mostrato tutti i passaggi che dovresti fare per realizzare la presentazione del tuo modello. Da qui in poi, invece, ti spiegherò come giungere allo stesso risultato utilizzando una “scorciatoia”. La scorciatoia consiste in una procedura automatizzata inserita in un file batch che prende come input il tuo modello .ply e come output ti restituisce il file .nxz e la pagina .html da caricare sul web server. La scorciatoia deve permetterti di alleggerire il lavoro, quindi alcuni parametri li ho scelti io per te, ma credo che ti andranno bene nella maggior parte dei casi. In alternativa, dovrai smanettare un po’ e ti sarà utile quanto illustrato nei paragrafi precedenti. Vediamo, quindi, di cosa avrai bisogno.
Come prima cosa, se non lo hai ancora fatto, scarica 3DHOP e NEXUS cliccando sui due bottoni seguenti. Salvali in una cartella nel cui percorso non ci siano caratteri strani, tipo ( ) \ /, ecc. altrimenti la procedura si bloccherà.

Scompattali.

I due .zip li puoi anche cancellare.
Poi scarica il file CREA PRESENTAZIONE 3D.zip cliccando sul seguente bottone e scompattalo nella stessa cartella dove risiede Nexus_4.2.

Dal .zip usciranno tre file che non verranno mai modificati durante la creazione della presentazione, quindi li potrai riutilizzare così come sono senza scompattare nuovamente il .zip.

Nell’esempio che segue prenderò come modello una nuvola di punti che avevo generato con la tecnica fotogrammetrica e che poi avevo elaborato con Cloud Compare. Puoi vedere come ho fatto leggendo l’articolo sul mio blog. La nuvola è stata esportata da Cloud Compare in formato .ply ottenendo il file vaso.ply (salvalo in formato binario).

Ora devi cliccare due volte sul file CREA PRESENTAZIONE.BAT ed inserire vaso quando ti viene chiesto. Poi premi invio ed attendi il termine della procedura.

Nella cartella troverai i file vaso.html e vaso.nxz da caricare sul server.

Per caricare i file .html e .nxz sul server, leggi il paragrafo CARICAMENTO DELLA PRESENTAZIONE SUL WEB SERVER che trovi sopra e procedi per analogia con quanto ivi spiegato.
Ed ecco il risultato. Clicca sull’immagine seguente.

Come avrai notato, con la scorciatoia non serve che installi nessun software. Ti basta scaricare i tre archivi 3DHOP, NEXUS e CREA PRESENTAZIONE 3D. Può sembrarti macchinosa anche questa seconda strada, ma è solo perché ti ho mostrato anche i passaggi più banali. Vedrai che è tutto molto semplice.
Bene! Con questo avrei terminato. In realtà, qui sotto trovi anche un video che ho caricato su YouTube nel quale ti faccio vedere tutti i passaggi e ti spiego alcune personalizzazioni.
Ti ricordo che mi trovi anche su Telegram (https://t.me/giampaoloberetta) dove ho aperto un canale nel quale ti parlo della mia attività e condivido informazioni (https://t.me/inggiampaoloberetta). Lì troverai anche articoli ed informazioni provenienti da altre fonti.

Ciao e grazie!

Ciao,
in questo articolo ti voglio parlare del “trascinamento”, ossia dell’effetto che si forma sui fotogrammi quando c’è un movimento relativo tra la camera ed il soggetto durante lo scatto. In tali condizioni, il trascinamento è inevitabile in quanto il tempo d’apertura dell’otturatore, per piccolo che sia, fa sì che uno stesso punto del soggetto impressioni zone contigue del sensore. Poi vedremo che, nella realtà, gli effetti del trascinamento non si manifestano sempre e si può ricorrere a dei “trucchetti” per minimizzarne gli effetti o addirittura annullarli. Alla fine dell’articolo troverai un foglio Excel che ti permetterà di calcolare il trascinamento sul sensore, ma prima vediamo un po’ di teoria. Non mi inventerò nulla di nuovo, infatti nella trattazione prenderò spunto da una bellissima pubblicazione della Zanichelli della quale ti lascerò il link. Le formule e le immagini di questo articolo sono tratte da tale pubblicazione. In calce troverai anche un video che ho caricato su YouTube nel quale illustro l’argomento più nel dettaglio e mostro gli effetti su un modello realizzato con Agisoft Metashape.
Facendo riferimento all’immagine seguente, i punti O₁ e O₁’ rappresentano i centri di presa dai quali, idealmente, passano tutte le visuali; p è la lunghezza focale, mentre H è l’altezza di volo. Durante il tempo di apertura dell’otturatore Δτ, l’APR compie uno spazio Δb ad una velocità v ed uno stesso punto del soggetto viene riprodotto sul sensore in più posizioni contigue. Questo accade perché, durante lo scatto, l’otturatore rimane aperto e la luce che penetra dall’obiettivo continua ad incidere sul sensore in posizioni diverse, ma vicine tra loro. Idealmente, è come se la visuale fosse una matita incernierata nei punti A e O₁ e l’avanzamento del sensore facesse in modo che su di esso si tracci una linea. La lunghezza della linea λ rappresenta il trascinamento.
Dal punto di vista matematico, il trascinamento è calcolabile attraverso una proporzione tra triangoli simili:

dalla quale si ricava:

Δb è funzione della velocità di crociera e del tempo di apertura dell’otturatore:

La formulazione finale diventa, quindi:

Nel mio foglio Excel che trovi in calce non ho fatto altro che inserire questa formula per calcolare λ. Una volta noto il suo valore, è possibile valutarne l’incidenza sulla qualità dello scatto mettendolo in relazione con le caratteristiche del sensore della fotocamera. Gli effetti del trascinamento diventano ininfluenti nel momento in cui λ è pari o inferiore alla dimensione di un pixel. Infatti è come dire che un punto del soggetto non fa a tempo ad impressionare due pixel adiacenti prima che l’otturatore si chiuda. Chiaramente, se la linea tracciata dalla matita virtuale è più piccola di un pixel è come se in realtà fosse stato tracciato un punto. Un punto più piccolo di un pixel (o al massimo uguale).
Nel mio lavoro utilizzo un Phantom 4 Pro, quindi ho sviluppato i calcoli con riferimento alla fotocamera montata su tale APR. Comunque puoi inserire i dati relativi ad altri sensori semplicemente sostituendo i valori riportati nelle caselle azzurre. Troverai anche una scheda relativa alla Sony alpha 6000 perché è l’altra fotocamera che uso. Questa ha l’ottica con focale variabile tra 16 e 50 mm, quindi il trascinamento sarà diverso a seconda della focale scelta. Quando montavo tale fotocamera sul mio DJI S900 utilizzavo una focale di 33 mm corrispondente a circa 50 mm nel formato full frame. La focale 50 mm è definita “normale” e, in teoria, il campo visivo dovrebbe avvicinarsi a quello dell’occhio umano.
Al variare dell’altezza di volo e della velocità di crociera si può notare come vari il trascinamento, a parità di tempo di apertura, naturalmente. Per minimizzare il trascinamento, la combinazione ottimale sarebbe quella di volare il più in alto possibile, impostare tempi di apertura bassi e velocità basse. Nel caso di ottiche a focale variabile è meglio una focale corta. Purtroppo non sempre è possibile soddisfare tutte le condizioni. Altezze elevate potrebbero non garantire un adeguato GSD (Ground Sample Distance); tempi di apertura troppo bassi potrebbero sottoesporre i fotogrammi e velocità dell’APR basse prolungherebbero le missioni fin oltre il tempo di scarica della batteria. Va trovato un compromesso ed il foglio Excel spero possa aiutarti nella scelta dei parametri da variare. Personalmente, preferisco mantenere inalterata l’altezza di volo prevista dalla missione e, nel caso non vi sia un’illuminazione che mi permetta di ottenere tempi d’apertura corti, diminuisco la velocità di crociera. Nel foglio Excel, per il Phantom 4 Pro, troverai inserita un’altezza di volo di 50 m ed una velocità di 5 m/s. E’ solo un esempio per mostrarti che con un tempo di esposizione di 1/320 di secondo si otterrebbe un trascinamento di 2 pixels (oppure 1 pixel, se escludiamo il punto iniziale). La prova che descrivevo nel mio ultimo post, relativo all’influenza della sovrapposizione degli scatti fotografici sull’accuratezza del rilievo, partiva da degli scatti con tempo di esposizione di 1/400 di secondo con ISO 100. Dal foglio Excel puoi vedere che il trascinamento, in questo caso, è nullo (lunghezza inferiore ad 1 pixel); ed infatti Metashape restituiva un indice di qualità delle immagini molto elevato (tra 0.83 e 0.89).
Ora, invece, voglio mostrarti gli effetti del trascinamento tramite un semplice confronto tra due fotografie.

Le foto derivano dall’esecuzione della stessa missione di volo automatico eseguita due volte. Nelle due missioni ho impostato la fotocamera ad una sensibilità ISO 100 con priorità all’apertura del diaframma. Nella prima missione ho impostato un’apertura F2.8, mentre nella seconda F11. La fotocamera, quindi, poteva scegliere solo il tempo d’esposizione. Naturalmente, con una grande apertura del diaframma, la fotocamera ha scelto un tempo corto (1/1000 sec), mentre con un’apertura piccola il tempo d’esposizione è aumentato (1/60 sec). L’altezza di volo, in entrambe le missioni, è stata impostata a 50 m. Utilizzando il foglio Excel si può notare che nel primo caso il trascinamento è di 1 pixel, mentre nel secondo caso di 7 pixels; senza entrare nel dettaglio, posso dirti che corrispondono a 9.6 cm (=λ*GSD).

Osservando il tetto della baita si vede subito la differenza di dettaglio; ancora di più se faccio un ingrandimento.

Si notano subito alcune differenze sostanziali. La seconda immagine è decisamente “mossa” e “sovraesposta”. Con un cerchietto blu ho evidenziato come una macchiolina rotonda abbia assunto una forma allungata a causa del trascinamento. Tale effetto è esteso a tutta la foto e, naturalmente, avviene lungo la direzione del moto dell’APR.
La sovraesposizione della seconda foto non è dovuta al fatto che la fotocamera abbia raggiunto le impostazioni limite; infatti lo scatto è avvenuto con un tempo d’esposizione di 1/60 di secondo quando in realtà la fotocamera poteva scegliere un tempo più breve per restituire una foto con una corretta esposizione. Quindi cosa è successo? In condizioni statiche, probabilmente, la foto sarebbe risultata con una corretta esposizione, ma con l’APR in movimento qualcosa è cambiato. Fissati gli ISO e l’apertura del diaframma, la fotocamera determina il tempo di apertura basandosi sull’intensità della luce che passa attraverso l’obiettivo (TTL=Through The Lenses) e misurata dall’esposimetro interno. Si tratta, quindi, di una luce riflessa dall’oggetto che viene letta dall’esposimetro ed interpretata dal firmware della fotocamera per determinare il tempo di esposizione. La misura dell’intensità della luce avviene poco prima dell’apertura dell’otturatore valutandola in una o più zone del soggetto ripreso (dipende da come è settata la fotocamera, ma il discorso non cambia). Subito dopo, il firmware determina il tempo di esposizione ed apre l’otturatore. Se non ci fosse il movimento relativo tra la fotocamera ed il soggetto, i pixels del sensore verrebbero investiti esattamente dall’intensità luminosa misurata e si otterrebbe una foto esposta correttamente. Se, invece, esiste un movimento relativo, la corrispondenza tra l’intensità luminosa misurata ed i pixels in cui è stata misurata la si ha solo all’inizio del tempo di apertura, mentre negli istanti successivi (fino alla chiusura dell’otturatore) uno stesso pixel verrà investito dalla luce proveniente da zone diverse del soggetto (rispetto a quella dove era stata effettuata la misura). Per capire meglio, guarda l’immagine seguente.

Al momento dell’apertura, il pixel A’ viene eccitato dalla luce proveniente dal punto A del soggetto (utilizzato per il calcolo del tempo di esposizione), mentre al termine del tempo di apertura il pixel A’ è investito dalla luce riflessa dal punto B. Uno stesso pixel, quindi, viene investito dalla luce riflessa da punti diversi del soggetto creando una “falsa esposizione” del fotogramma, non corretta. Nella fattispecie, il risultato è stata una foto sovraesposta.

In un rilievo fotogrammetrico, evitare il trascinamento significa riconoscere bene il centro dei GCP o di altri punti utilizzati come tali e rappresentati nelle foto. Questo aiuta tantissimo nel posizionamento delle bandierine dei markers all’interno del software.   
Va detto, comunque, che vi sono obiettivi e camere in grado di compensare il trascinamento. La Sony alpha 6000, ad esempio, ha uno stabilizzatore ottico meccanico incorporato nell’obiettivo. Funziona molto bene soprattutto se il soggetto è lontano, come nel caso dell’aerofotogrammetria (in genere). Altre camere, invece, hanno uno stabilizzatore elettronico, come il Parrot Anafi. In altri casi, addirittura, è la gimbal stessa che ruota durante lo scatto proprio per fare in modo che il trascinamento venga annullato. Il Phantom 4, ad esempio, dispone di questa funzionalità sullo yaw, ma non credo sia applicabile per tempi di scatto troppo corti. Quando ragioni su frazioni di secondo è difficile che la meccanica della gimbal sia così reattiva. Il principio di funzionamento però è molto semplice e consiste nel ruotare il sensore, durante il tempo di apertura dell’otturatore, in modo da far sì che i pixels impressionati sul sensore da un oggetto non cambino. Se ci pensate, è quello che facciamo noi quando guardiamo un oggetto mentre ci muoviamo e ruotiamo la testa per vederlo fermo anziché in movimento. Beh! Forse tanto semplice non è, per una macchina. Chissà quanto ci ha messo il nostro cervello ad impararlo.
Durante un rilievo è possibile annullare l’effetto del trascinamento adottando una tecnica “stop&go”, o meglio, “stop&scatta&go”. In pratica, durante l’esecuzione della missione, l’APR si ferma prima di ogni scatto, scatta e poi riparte. Chiaramente il consumo di batteria sarà maggiore. Nel caso dei multicotteri è una procedura che può essere eseguita senza problemi in quanto si tratta di aeromobili in grado di rimanere in hovering. Diventa più complicato, invece, nel caso di APR tuttala. Non vorrei scrivere una fesseria, ma credo che l’Ebee della Sensefly esegua lo stop&scatta&go modificando la traiettoria in senso verticale. Prima di ogni scatto l’APR dà motore e si alza di quota, poi toglie motore e rallenta fino quasi a fermarsi, scatta e poi dà nuovamente motore, ridiscendendo. Ondeggia. Purtroppo non ho un Ebee. Sarebbe bello se qualcuno mi desse un riscontro su tale modalità di funzionamento.

Nel caso della fotogrammetria terrestre gli oggetti ripresi solitamente sono fermi e la macchina fotografica è ferma, quindi il trascinamento si annulla. Se sei amante della fotogrammetria di oggetti e questi li posizioni su un piatto girevole motorizzato, ti raccomando di fermarlo prima di ogni scatto.
Avrai notato che nell’articolo sono partito subito col riferirmi a sensori ed a pixels, ma il trascinamento non è tipico solo della fotografia digitale. Nel caso della fotografica analogica, dove si fa uso della pellicola, il concetto non è molto diverso. Invece di fare riferimento alla dimensione di un pixel, si deve fare riferimento alla dimensione delle particelle che compongono l’emulsione fotografica: la grana. Pellicole poco sensibili (ISO 100, ad esempio) hanno una grana fine, mentre pellicole molto sensibili (ISO 800, ed esempio) hanno una grana grossa. Occhio però agli ISO; più sono alti e minore sarà il dettaglio dello scatto, proprio a causa della dimensione della grana.

Bene. Credo di averti detto un po’ tutto riguardo l’effetto del trascinamento. O almeno quello che so io. Se ti va di dirmi la tua, oppure se vuoi condividere una tua esperienza, non esitare a contattarmi. Ti ricordo che mi trovi anche su Telegram (https://t.me/giampaoloberetta) dove ho aperto un canale nel quale ti parlo della mia attività e condivido informazioni (https://t.me/inggiampaoloberetta). Nel canale troverai anche articoli ed informazioni provenienti da altre fonti.

Come detto, qui sotto trovi il link al download del foglio Excel e alla pubblicazione della Zanichelli.

Alla prossima. Ciao!

Ok. Lo so. Hai letto il titolo dell’articolo ed hai subito storto il naso. Sembra che al suo interno ci siano delle incongruenze. Accuratezza=precisione? Satellitari=GNSS? Quota ortometrica o altezza ellissoidica? Ora vi spiego…
Tutto è nato da una chiacchierata con un paio di tecnici a proposito della determinazione della quota ortometrica dei punti rilevati con una strumentazione satellitare. Uno diceva che le quote ottenute non sono per niente affidabili e l’altro riportava addirittura errori quantificabili in 30 cm ed oltre. Siamo tutti d’accordo sul fatto che le attività pertinenti alla misura delle quote siano le livellazioni e non i rilievi satellitari (in realtà in topografia si misurano i dislivelli e poi si deducono le quote attraverso dei caposaldi di livellazione), tuttavia non mi sentirei di dire che le quote dedotte da misure satellitari siano del tutto da buttare. Dipende da cosa devi farci. Stai facendo un monitoraggio di una struttura? Stai facendo un rilievo plano-altimetrico di un versante? La prova che ti descriverò nel seguito ti aiuterà nel decidere se utilizzare un livello o una strumentazione satellitare a seconda dell’accuratezza che vorrai ottenere dal tuo rilievo.
Lo strumento satellitare non lo chiamerò semplicemente GPS perché in realtà, come sappiamo, ci sono anche altre costellazioni di satelliti che vengono rese disponibili per gli scopi civili. La mia strumentazione, ad esempio, capta anche i segnali della costellazione GLONASS. Quindi mi riferirò alla strumentazione satellitare o GNSS (Global Navigation Satellite System) indifferentemente e non alla GPS in particolare.
Inoltre, mi riferirò all’accuratezza per descrivere quanto la misura sia vicina al suo valore reale (o assunto come tale), mentre la precisione si riferisce alla ripetitività della misura. Le misure sono precise quando si discostano poco l’una dall’altra, ma magari sono lontane dal valore reale e quindi sono inaccurate. La seguente figura chiarisce il concetto.

Veniamo alla prova. Lo scopo è quello di confrontare la quota ortometrica dedotta dall’elaborazione di un rilievo GNSS con quella ottenuta riferendosi ai caposaldi di livellazione IGM. Operativamente la prova si è svolta nel seguente modo:

• Ho scelto 10 caposaldi appartenenti alla rete di livellazione di alta precisione dell’IGM e mi sono scaricato le monografie. Non mi sono spostato molto, infatti li ho scelti tutti nell’intorno di 15 Km dal mio ufficio ed erano disposti lungo una strada statale ad intervalli di circa 1 Km.

I caposaldi, in genere, sono materializzati con dei “bulloni” in ghisa cementati su una parete verticale (infatti servono per determinare le quote, non le posizioni planimetriche…) o con dei centrini di superficie.

• Scostandomi dal caposaldo, ho rilevato un punto con lo strumento GNSS. Ho dovuto spostarmi perché i caposaldi, essendo fissati a parete, non erano direttamente rilevabili appoggiandoci sopra la punta della palina e la misura GNSS sarebbe probabilmente stata influenzata dall’effetto del multipath del segnale. I centrini di superficie, al contrario, ho potuto rilevarli in questo modo. La palina era tenuta in posizione dal bipiede e prima di rilevare il punto ho atteso circa 5 minuti. Ogni punto lo ho rilevato 10 volte ad intervalli di circa 5 secondi. Lo strumento era un Leica 1200+ ed il rilievo è stato condotto in modalità NRTK ricevendo le correzioni differenziali dalla rete di stazioni permanenti TPOS della Provincia Autonoma di Trento. Ho utilizzato il mountpoint IMAX3 e la baseline aveva una lunghezza massima di circa 15.3 Km. La giornata era uggiosa e ad un certo punto ha cominciato anche a piovere. L’indice Kp, indicatore dell’attività geomagnetica terrestre, aveva un valore di 1 su una scala di 9, quindi un valore ottimale. Il numero di satelliti acquisiti era variabile tra 9 e 13.
• Durante i 5 minuti nei quali l’antenna rimaneva immobile in posizione sul punto, ho rilevato il dislivello tra il caposaldo di livellazione ed il punto battuto. Mi sono servito di un livello laser Leica Lino L2 avente una precisione di livellamento di +-1 mm ogni 5 m (dichiarata dal costruttore).

• Facendo riferimento all’immagine seguente, la quota ortometrica del punto battuto (Qo,calc) è data dalla quota del caposaldo (Qc) meno il dislivello (delta Q). Va detto che, nella trattazione delle misure, ho considerato il geoide come una superficie orizzontale nell’intorno del caposaldo (linea grigia tratteggiata). Questo in virtù del fatto che la distanza tra caposaldo e punto battuto era al massimo di una decina di metri. Teoricamente, nel punto battuto, la quota ortometrica sarebbe quella che ho indicato con Qo in figura.

• Terminato il rilievo dei 10 caposaldi ho elaborato i dati utilizzando come sistema di riferimento cartografico l’ETRF2000, per la posizione planimetrica, e le quote ortometriche dedotte dai grigliati .gk2 forniti dall’IGM. Visto che ogni punto vicino al caposaldo è stato rilevato 10 volte, ho ottenuto 10 valori della quota ortometrica dei quali ho calcolato la media aritmetica e lo scarto quadratico medio. Non ho escluso nessuna delle misure acquisite, quindi la media è stata calcolata utilizzando tutti i dati, anche quelli estremi.

Nell’immagine seguente puoi vedere un estratto del foglio Excel che ho utilizzato per analizzare le misure. Se ti interessa, puoi scaricarlo in fondo all’articolo.

Dall’analisi dei risultati è emerso che l’accuratezza delle quote ortometriche è variabile tra un -6 cm e 0 cm (colonna in rosso). Nei grafici ho riportato con dei pallini blu le quote ortometriche dedotte da ogni singola battuta, in verde il loro valore medio ed in rosso i limiti dello scarto quadratico medio. E’ interessante notare come, nel caso del primo caposaldo, le battute tendessero a “fluttuare” attorno al valore medio. Probabilmente, se avessi continuato le misure, si sarebbero attestate su tale valore. La quota di questo caposaldo è risultata essere la meno accurata.
Nel caso del caposado SC. MATERNA MOLINA, le misure presentano una buona ripetitività, tranne la prima e l’ultima. I valori sono tutti contenuti entro 2 cm di scarto.
Nel caso del caposaldo posto al KM 30.070, le misure saltano da un valore all’altro, ma la loro differenza è di 1 cm, quindi la causa dei continui salti è da ricercarsi nella precisione strumentale. Parliamo di 1 cm visto da 20.000 Km di distanza!
Per il caposaldo al KM 34.960 tutte le misure sono uguali.
Analisi simili possono essere condotte per gli altri punti nei pressi degli altri caposaldi.
Per correttezza va detto anche che la livellazione che ho eseguito con il livello laser per calcolare la quota dei punti partendo da quella del caposaldo, non è certo una livellazione di alta precisione. Lo stesso raggio laser ha uno spessore di 2-3 mm. Comunque sia, direi che i risultati non sono male. Ripeto. Dipende cosa devi farci con queste misure. Se ne avete la possibilità, fate sempre un controllo delle quote del rilievo trasportando la quota di un caposaldo. Gli errori che potrebbero influenzare i risultati del vostro rilievo non sono tanto quelli legati all’elaborazione o alla cattiva interpolazione dei grigliati IGM per dedurre la quota ortometrica. In genere i software interpolatori (Convergo, Topko, Meridiana, ecc.) restituiscono tutti dei valori simili; differiscono al massimo di 4-5 mm. L’errore potrebbe invece riguardare la determinazione dell’altezza ellissoidica (He nell’immagine riportata sotto). Se i disturbi ionosferici sono elevati, se la baseline è troppo lunga, se interviene il cosiddetto multipath, se la distribuzione dei satelliti non è ottimale, ecc., potresti ottenere delle coordinate geografiche poco accurate ed allo stesso modo anche un’altezza ellissoidica inaccurata. Da essa, sottraendo l’ondulazione del geoide (n), viene calcolata l’altezza ortometrica.

Se ti va di approfondire l’argomento riguardante il campo gravitazionale terrestre ed i modelli di geoide, puoi leggere un altro mio articolo e visionare il video ad esso collegato.

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